En ny tidslinje for insekter viser, at dyrene først udviklede sig for 479 millioner år siden – tidligere end hidtil antaget – og at deres fremkomst faldt sammen med Jordens første landplanter.
Det reviderede livstræ for insekter, også kaldet en fylogeni, hjælper forskerne med at besvare nogle af de langvarige spørgsmål om oprindelsen af disse meget forskelligartede og enormt vigtige leddyr. Men det var ikke nemt at konstruere fylogenien. Insekter er langt den mest artsrige gruppe af dyr på planeten, og de involverede forskere måtte bruge flere supercomputere til at behandle alle deres genetiske data.
Bernard Misof fra Museum Koenig i Bonn, Tyskland; Xin Zhou fra BGI i Shenzen, Kina; og Karl Kjer fra Rutgers University i New Brunswick, New Jersey; sammen med kolleger fra hele verden skabte de et projekt kendt som 1KITE for at få det gjort. Gruppens resultater er offentliggjort i Science den 7. november.
“Meget få softwareprogrammer kunne overhovedet indlæse vores data uden at gå ned”, sagde Kjer. “Insekter er så talrige, at de i terrestriske økosystemer forbruger mere biomasse end hvirveldyr.”
“Faktisk er insekter så dominerende, at det er svært at forestille sig nogen form for jordisk liv på Jorden, som ikke er blevet formet af dem,” sagde han. “Jeg prøver at komme i tanke om en … Måske pingviner? De har måske ikke brug for insekter i Antarktis, men det tror jeg, at alt andet gør.”
Forskerne måtte indsamle friske DNA-prøver fra alle de større insektordener, der findes i dag. Men 1KITE-holdet var i stand til at gennemføre denne bedrift på omkring et år, hvilket gjorde det muligt for forskerne at analysere 1.478 forskellige proteinkodende gener fra insekter – samt nogle få gener fra deres nære leddyrs-slægtninge – og sammenligne deres data med de fossile optegnelser fra insekterne.
“Det lykkedes kun, fordi vi kunne stole på et netværk af amatører og professionelle til at indsamle alle fylogenetisk vigtige arter i projektet,” siger Misof.
“Insekterne gjorde stort set alting først. De var de første til at danne sociale samfund, drive landbrug og synge – stort set alt, hvad man kan forestille sig.”
Karl Kjer
“Den hurtige fremkomst af næste generations sekventeringsteknologi og informatik gjorde det også muligt for os at producere enorme mængder af sekvensdata, som var informative for den fylogenetiske konstruktion,” forklarede Zhou. “Det var ikke muligt tidligere, da generne skulle forstærkes og sekventeres enkeltvis.”
Den nye tidslinje afslører, at insekter sandsynligvis opstod i løbet af den tidlige ordoviciumperiode, og at deres fremkomst faldt sammen med Jordens første landplanter. Forskerne foreslår således, at insekternes diversificering spillede en vigtig rolle i udformningen af planetens første terrestriske økosystemer – og omvendt.
Det 1KITE-team foreslår også, at insekternes flyvning opstod for ca. 406 millioner år siden, da de terrestriske økosystemer blev mere komplekse. De siger, at udstrålingen af blomstrende planter blev ledsaget af en eksplosion af diversitet blandt flyvende insekter, såsom bier, hvepse og sommerfugle.
“Vinger var en nøgle til insekternes succes,” siger Kjer. “De forvandlede et todimensionelt miljø til et tredimensionelt miljø.”
Forskerens tidslinje viser, at de fleste moderne insektarter opstod for ca. 345 millioner år siden. Blandt disse moderne arter diversificerede de parasitiske lus sig ikke, før der var fugle- og pattedyrværter til rådighed, hvilket er et fund, der modsiger teorien om, at de opstod på fjerklædte, ikke-aviære dinosaurer.
Den mangfoldighed af kakerlakker og termitter, som vi ser i dag, udviklede sig sandsynligvis i kølvandet på den permiske masseudryddelse, den eneste kendte masseudryddelse af insekter, som fandt sted for ca. 252 millioner år siden.
“Den virkelige insektdiversitet opstod dog ikke før Holometabola,” sagde Kjer med henvisning til den underklasse af insekter, der gennemgår en fuldstændig metamorfose, herunder sommerfugle og biller. “Holometabolos-insekter har meget forskellige livsstadier med larver, der er specialiseret til at æde og gemme sig, og voksne insekter, der er specialiseret til at parre sig og sprede sig. Det betyder, at de kan skræddersy deres kropsformer til det, de har brug for, når de har brug for det.”
“Insekterne gjorde stort set alting først,” siger Kjer. “De var de første til at danne sociale samfund, drive landbrug og synge – stort set alt, hvad man kan forestille sig.”